澳大利亚Bigrlyi铀矿床成矿特征与控矿因素研究.pdf

文章编号：1004-4051（2023）08-0180-09DOI：10.12075/j.issn.1004-4051.20220895澳大利亚 Bigrlyi 铀矿床成矿特征与控矿因素研究董文明，肖树青，马汉峰，邓平，蔡兴琪（中广核铀业发展有限公司，北京 100029）摘要：Bigrlyi 铀矿床位于澳大利亚北领地 Ngalia 盆地北缘，主要由 A2/A3 矿体、A4 矿体、A7 矿体、A15 矿体等四个矿体组成，是一个典型的砂岩型铀矿床。Ngalia 盆地为一个北陡南缓的不对称型山间残留盆地，盆地盖层主要由上元古界（850 Ma）和古生界陆相沉积物组成，受晚奥陶世晚石炭世 Alice Springs 造山运动（ASO）的影响，盆地内泥盆石炭系 MountEclipse 组砂岩与下伏所有地层均呈不整合接触，是盆地内砂岩型铀成矿的主要含矿层位。Mount Eclipse 组砂岩沉积于前陆盆地环境，发育河流、（扇）三角洲和湖泊沉积体系，含矿岩石主要为位于 C 单元的灰色长石砂岩及杂砂岩，铀矿物主要为沥青铀矿和铀石，脉石矿物为石英、钾长石及少量的黏土矿物。盆地砂岩型铀成矿作用主要受铀源、沉积、构造等因素的控制，其中在沉积成岩期的构造挤压与基底抬升不仅沉积了一套有利的含矿岩系，而且在该岩层内形成了铀的初始预富集及局部铀矿化，在沉积期后的持续挤压作用与逆冲推覆作用下，使得含矿岩系抬升并出露地表，接受来自蚀源区含铀含氧水的渗入，并在氧化还原过渡带内形成似卷状或“板状”富铀矿体。关键词：Ngalia 盆地；Bigrlyi 铀矿床；砂岩型铀矿；Mount Eclipse 组砂岩；控矿因素中图分类号：TD851；P612文献标识码：AStudy on the metallogenic characteristics and controlling factors inBigrlyi Uranium Deposit,AustraliaDONG Wenming，XIAO Shuqing，MA Hanfeng，DENG Ping，CAI Xingqi（CGN Uranium Resources Company,Beijing 100029,China）Abstract：Bigrlyi Uranium Deposit is located in the northern margin of Ngalia Basin,NorthernTerritory,Australia and it is a typical sandstone-hosted uranium deposit,which consists mainly oforebodies A2/A3,A4,A7 and A15.The Ngalia Basin is an asymmetrical residual intermontane basin ofsteep in the north and gentle in the south with the basin cover composed dominantly of Neoproterozoic（-850 Ma）and Palaeozoic terrestrial sedimentary successions.The Mount Eclipse Sandstone ofDevonian to Carboniferous age lies unconformably on the underlying stratigraphy in response to theAlice Springs Orogeny(ASO)of Late Ordovician to Late Carboniferous age and it is the primary ore-bearing horizon for the sandstone-hosted mineralization in the Ngalia Basin.The Mount EclipseSandstone is deposited in the environment of foreland basin,where the fluvial,fan delta or delta andlake sedimentary systems are developed.The ore-bearing rocks are composed dominantly of grey 收稿日期：2022-12-01责任编辑：刘硕基金项目：中央地质勘查基金项目资助（编号：10252B001）第一作者简介：董文明（1967），男，博士，正高级工程师，中国广核集团首席专家，主要从事铀矿地质勘查、矿山地质、数字化矿山等方面的研究工作，E-mail：。引用格式：董文明，肖树青，马汉峰，等.澳大利亚 Bigrlyi 铀矿床成矿特征与控矿因素研究J.中国矿业，2023，32（8）：180-188.DONG Wenming，XIAO Shuqing，MA Hanfeng，et al.Study on the metallogenic characteristics and controlling factors in Bigrlyi Uranium Deposit,AustraliaJ.China Mining Magazine，2023，32（8）：180-188.第 32 卷第 8 期中国矿业Vol.32,No.82023 年 8 月CHINA MINING MAGAZINEAug.2023arkosic sandstone and greywacke in the unit C of Mount Eclipse Sandstone with uranium mineralsconsisting dominantly of pitchblende and coffinite and with gauge minerals consisting of quartz,K-feldspar and a small amount of clay minerals.The sandstone-hosted uranium mineralization in theNgalia Basin is controlled dominantly by the uranium source,depositional environment and structure.The compressional tectonics and basement uplift during the depositional and diagenetic period resultedin the formation of a set of ore-bearing horizons favorable for the uranium mineralization,whereuranium is enriched initially and participated locally to form the uranium mineralization.The ore-bearing horizons are uplifted and exposed at the surface due to the post-depositional continuouscompression and thrusting and the uranium and oxygen bearing water from the provenance areainfiltrated into these horizons to form roll-like or“tabular”uranium-enriched orebodies in redoxtransition zones.Keywords：Ngalia Basin；Bigrlyi Uranium Deposit；sandstone-hosted uranium deposit；MountEclipse Sandstone；ore controlling factor 0引言Bigrlyi 铀矿床位于澳大利亚北领地 Ngalia 盆地北缘，是一个典型的砂岩型铀矿床1-4。Bigrlyi 铀矿床自 1973 年发现以来，相继有多家西方勘探公司对该矿床及外围区域进行了不同程度的地质勘查工作，包括航空放射性-磁法测量、地面电阻率测量、区域及矿区地质填图、钻探、矿石水冶试验、资源量估算及概略性经济评价等工作，但总体上勘查活动有限，研究程度较低5-7。2009 年，中国广核集团有限公司完成对澳大利亚能源金属有限公司（EME 公司）的控股收购。自2010 年起，澳大利亚能源金属有限公司（EME 公司）对 Bigrlyi 铀矿床及其外围开展了较大规模的勘查工作，完成了包括地面地质填图、地表电法、磁法、放射性测量、生物化学法等系列找矿工作，对主要成矿区域开展了系统的钻探工作，完成了 Bigrlyi 铀矿床的资源量估算及可行性研究工作，并对该矿区开展了较为系统的成矿地质与资源评价研究，重点对Bigrlyi 铀矿床的成矿环境、成矿特征和控矿因素等进行了较为系统的研究，圈定了多片有利的找矿靶区，新增铀资源量数千吨，取得了较为突出的找矿成果8。1区域地质概况 1.1区域地层Ngalia 盆地是一个呈东西向展布的狭长山间残留盆地，东西长约 400 km，南北最宽处约 70 km，总面积约 16 000 km2，是澳大利亚中部晚元古代早古生代盆地中面积最小的一个盆地（图 1）。Ngalia 盆地为一个北陡南缓的不对称型克拉通内陆箕状拗陷-前 0250 km123451-中生代-新生代盆地；2-新元古代-古生代盆地；3-古-中元古代盆地；4-古-中元古代造山带；5-Ngalia 盆地区；WA-西澳大利亚；NT-北领地；SA-南澳大利亚WAEromanga 盆地Amadeus 盆地YularaAmadeus 盆地Amadeus盆地Amadeus盆地Canning盆地Georgina 盆地Wiso 盆地Eromanga盆地Pedirka盆地Aileron 省Alice springsIrindina 省Davenport 省Warramunga 省NTTanami 省Arunta 省Warumpi 省Aileron 省Musgrave 省WASANTQLDNgalia basinN图 1澳大利亚中部沉积盆地大地构造背景Fig.1 Tectonic setting of sedimentary basins in Central Australia（资料来源：文献 9）第 8 期董文明，等：澳大利亚 Bigrlyi 铀矿床成矿特征与控矿因素研究 181 陆盆地9-12。盆地北部沉积厚，盆地北缘以北倾逆冲构造和高角度逆断层为界，与盆地基底直接接触；盆地南缘以北倾构造（向盆内倾，倾角较缓）为界。盆地基地和盖层经历了复杂的断裂构造改造，盖层以不整合或断层接触方式叠置在元古界 Arunta 基底地层之上12-16。Ngalia 盆地盖层主要由上元古界（850 Ma）和古生界沉积物组成，其中古生界相对较完整，包括寒武系Yuendumu 组砂岩、Walbiri 组白云岩、Bloodwood组、奥陶系 Djagamara 组、泥盆系 Kerridy 组砂岩和泥盆石炭系 Mount Eclipse 组砂岩；各岩组之间均呈不整合接触17-20。受晚奥陶世晚石炭世 Alice Springs造山运动（ASO）的影响，盆地内泥盆石炭系 MountEclipse 组砂岩与下伏所有地层均呈不整合接触，是Ngalia 盆地内砂岩型铀成矿的主要含矿层位。1.2构造特征深部地震资料表明，Ngalia 盆地盖层的厚度为4 0005 000 m（图 2），位于北倾的 Redbank 超壳逆冲断裂系之上21-23。Redbank 逆冲断裂穿切莫霍面，是古老构造（糜棱岩 1 400 Ma）在 Alice Springs 造山作用期间的再次活化24。位于 Ngalia 盆地北部边缘的 Napperby 逆 冲 断 裂 与 Redbank 逆 冲 断 裂 平 行，Yuendumu 逆断层也沿盆地北缘的构造隆起部位发育。Redbank 逆断层Napperby逆断层Yuendumu 逆断层Arunta 省北部角闪岩相麻粒岩相Ngalia盆地Arunta省中部Arunta省南部Amadus盆地SN090深度/km地幔0100 km图 2Ngalia 盆地基底结构Fig.2 Basement architecture beneath of the Ngalia Basin（资料来源：文献 9）研究表明，自 Ngalia 盆地形成（850 Ma）以来，澳大利亚中部盆地及下覆基底经历了多期次的构造挤压事件，主要包括 Areyonga 事件、South Ranges 运动、Petermann Ranges 造山运动、Delamarian 造山运动以及 Alice Springs 造山运动25-27。其中，在 Alice Springs造山运动（400300 Ma）之前，该区域整体上均接受了较为稳定的拗陷沉积。Alice Springs 造山运动导致了该区大范围的构造变形、逆冲推覆及褶皱作用28-31，并重新活化了老的逆冲断裂，成为典型的前陆盆地，泥盆石炭系 Mount Eclipse 组砂岩即形成于这种挤压构造背景环境下（图 3）。而且，Alice Springs 造山运动使盆地周边基底露出地表，成为 Mount Eclipse组砂岩的物源区，为该套砂岩的形成提供沉积物源。此次造山运动后，Ngalia 盆地恢复稳定，广泛沉积新生代河湖相沉积32。2矿床地质特征Bigrlyi 铀矿床位于 Nagalia 盆地北缘陡倾的泥盆-石炭系 Mount Eclipse 组砂岩中，沿东西走向约 11 km，南北宽约 2 km，是澳大利亚已知较大的铀矿床。2.1含矿地层由于受 Alice Springs 造山运动的影响，该区域的Mount Eclipse 组砂岩呈陡倾状产出，断裂、褶皱较为发育，部分地区发生倒转，与下伏泥盆系 Kerridy 砂岩和奥陶系 Djagamara 组砂页岩呈不整合接触，局部以断层方式直接与元古代基底地层接触33-34。Mount Eclipse 组砂岩主要由长石砂岩和杂砂岩、砾岩互层组成，其次含少量的粉砂岩和页岩。砂岩主要为粗粒结构，呈次棱角状，分选差，部分砂岩为钙质胶结，薄层状或块状构造，具有板状或槽状交错层理，新鲜岩石为浅灰色至红棕色，风化后呈橙棕色。根据砂岩的粒径、砾石产状、碳酸盐含量（通常为钙质胶结物）和氧化还原状态，Mount Eclipse 组可划分为 AH 等 8 个岩性单元（表 1），其中最重要的铀矿化发育在 C 层底部，部分发育在 C/D 或 B/C 交界处。该层厚度为 20200 m，主要由白色和灰色长石砂岩组成，含有少量的页岩碎块和碳质物质。相关研究表明8,32,35，Mount Eclipse 组砂岩主要形成于河流、（扇）三角洲和湖泊沉积环境，其中砂岩主要为粗砂岩，局部含砾岩，呈次棱角状，分选性较差，成熟度不高，砂岩中发育完好的交错层理和植物化石，泥岩层较薄，沉积物源主要来自于盆地北部的古老沉积岩及盆地基底的岩浆岩和变质岩等。182 中 国 矿 业第 32 卷 2.2矿体特征Bigrlyi 矿床区已发现多个铀矿体、矿化体及异常点（带）36-38，主要有 A2/A3 矿体、A4 矿体、A7 矿体、A15 矿体等四个主要矿体，其中，A4 矿体和 A15 矿体规模最大（图 4 和表 2）。A2/A3 矿体走向近东西，倾向 南，倾 角近 90，矿 体 长 2 790 m，宽 340 m，延 深300 m，单个矿体厚度一般为 1.273.73 m，平均品位为 0.09%U3O8。A4 矿体是 Bigrlyi 矿区规模最大的矿体，矿体走向北东约 40，矿体长 2 250 m，宽 350 m，延深 390 m，倾向南东，倾角近 90，单个矿体厚度一般为 12 m，平均品位为 0.13%U3O8。A7 矿体走向北东约 40，倾向南东，倾角近 90，矿体长 810 m，宽250 m，矿化垂幅 285 m 以上，矿体厚度一般为 12 m，平均品位为 0.09%U3O8。A15 矿体位于 A4 矿体以东4 km 处，总体走向为北西向，倾向南西，倾角为 7580，走向长 1 380 m，宽度可达 200 m，倾向延深 375 m，矿体厚度一般为 1.55.0 m，平均品位为 0.16%U3O8。统计分析结果表明，Bigrlyi 矿床的矿体厚度变化系数为 41.2%，说明矿体厚度在三维空间上变化稳定，矿体最厚处达 6.1 m；矿体品位变化系数为 36.7%，品位变化均匀，最高品位达 3.32%U3O8。2.3矿石特点Bigrlyi 矿床铀矿化主要赋存于 Mount Eclipse 组砂岩 C 单元的中粗粒长石砂岩中，矿化砂岩呈灰色、深灰色、灰黑色，见有厘米级黑灰色斑块和不规则黑色区域（图 5（a）和图 5（b），颜色比非矿化氧化砂岩（图 5（c）和图 5（d）及原生砂岩（图 5（e）和图 5（f）颜色深。含矿砂岩碎屑主要由石英、钾长石和钒云母组成，碎屑黏土、云母碎片常见，含少量白云母、黑云母、钛铁矿、锆石和极少量黄铁矿（图 6）。（a）-中奥陶世,盆地北部沉积厚度最大,巨厚沉积导致局部地区发生构造变形作用；（b）-泥盆石炭纪,Alice Spring 造山运动（ASO）向南挤压、逆冲,在盆地内形成陡倾的逆断层；（c）-Mount Eclipse 组砂岩形成于前陆盆地环境,沉积物呈南薄北厚的楔形,盆地北部发生局部沉降；（d）-盆地古老基底的重新活化、逆冲挤压,导致盆地周边基底抬升,成为后期盆地沉积的主要物源（a）（b）（c）（d）SNNgaliaArunta局部发生变形作用最厚沉积层沉积物来自逆冲断层带ASO前陆盆地由于沉积物充填产生弯曲沉降Treuer断层Yuendumu逆断层Waite creek逆断层图 3Alice Springs 造山运动期间 Ngalia 盆地演化模式Fig.3 Evolutionary model of the Ngalia Basin during the period of the Alice Springs Orogeny（资料来源：文献 32）第 8 期董文明，等：澳大利亚 Bigrlyi 铀矿床成矿特征与控矿因素研究 183 3控矿因素分析 3.1铀源盆地周边出露基底地层由变质沉积岩或变质火成岩组成，岩石普遍发生绿片岩相到榴辉岩相变质作用，并被花岗岩或其他火成岩侵入。航空放射性测量结果表明9，其铀含量普遍较高，成为盆地内砂岩型铀矿化中铀的有利来源。其中，在花岗岩侵入 体 中，晚 期的 Southwark 花 岗 岩（1 760 Ma）和Yarunganyi 花岗岩（1 56711 Ma）K、Th、U 含量高，其中，U 含量最高可达 22.5106，Th 含量可达 175106。在 Bigrlyi 矿床的西部地区，该类花岗岩具有最高的放射强度，并可能是 Bigrlyi 铀矿床中铀的来源。3.2沉积Bigrly 铀矿床及其他砂岩型铀矿床、铀矿（化）点均分布盆地北缘的泥盆石炭系 Mount Eclipse 组C 单元长石砂岩层中，铀矿化受近东西向氧化还原带内的长石砂岩层控制，层控规律明显。Mount Eclipse 组砂岩沉积于 Alice Springs 造山运 表 1 Bigrlyi 矿区地层一览表Table 1 Stratigraphy of the Bigrlyi Deposit系组单元（非正式）地层岩性厚度/mTh/（106）K/%U/（106）V/（106）泥盆石炭系MountEclipse 组砂岩A灰色、浅红色的含砾斑状硅质砂岩200B浅红色砂岩，富含碳酸盐、云母质粉砂岩和页岩；含铀矿化4010013.721.0 1.971.52 4.812 500.0305 260C灰白色、灰色中粗粒长石砂岩，含页岩薄层和碳质碎屑，是主要的含铀矿层。颜色上与 D 单元为渐变过渡关系202005.749.41.533.57 3.230 500.0 1359 600D灰色、红色长石砂岩、页岩碎屑和卵石；含铀矿化1010011.931.3 1.722.51 7.820 400.0 3712 300E西部为粗粒砂岩、含砾砂岩；东部为含砾长石砂岩、粗砂岩和页岩薄层40240F白云质石英砂岩20130G细-中粒红棕色云母砂岩525H底砾岩1030泥盆系Kerridy 组砂岩互层状砂岩、页岩和粉砂岩90奥陶系Djagamara 组砂页岩细粒砂岩和页岩20 1-泥盆石炭系 Mount Eclipse 组砂岩；2-泥盆系 Kerridy 组砂岩；3-奥陶系 Djagamara 组砂页岩；4-上元古界 Vaughan Springs 石英岩；5-断层；6-矿区道路；7-Bigrlyi 矿区位置；8-铀矿（化）体位置及编号123456784NBigrlyiDjagamaraAileron 省Wedge 山中心Lewis 湖Aileron 省WalbiriCoonegaFlatNewhaven1NewhavenCamelYuendumuYuelamuMount allanMalawiriYalyirimbiTilmountcrossingArunta 地区050 kmTreuerRangeBigrlyi矿区到 Yuendumu4321567891016111213141503 km图 4Bigrlyi 矿区铀矿床（异常）分布Fig.4 Distribution of uranium deposits(anomalies)in the Bigrlyi Deposit 184 中 国 矿 业第 32 卷动期的前陆盆地环境，并广泛超覆于泥盆系 Kerridy砂岩、奥陶系 Djagamara 组砂页岩和新元古界 VaughanSprings 石英岩之上。在 Mount Eclipse 组砂岩沉积期内，普遍发育河流、（扇）三角洲和湖泊沉积环境，具有典型的退积层序，沉积物以长石砂岩和杂砂岩为主，含有砾岩和少量粉砂岩、页岩夹层，其中砂岩、粉砂岩和页岩具红色和褐色原生色，局部见有灰色、灰白色和浅绿色的长石砂岩，夹有富含植物化石的碳质页岩薄层。该套砂岩及页岩薄层因其富含有机质、黄铁矿等还原性物质39-42，而成为本区的最有利含矿层位。3.3构造1）沉积成岩预富集期。泥盆石炭纪的 AliceSprings 造山运动，导致区域基底逆冲断层带活动，形成前陆盆地。由于逆冲断块的隆升作用，基底富铀花岗岩隆升剥蚀，在前陆盆地中 Mount Eclipse 组沉积一套富铀的花岗岩质碎屑岩，并形成楔形的沉积层。在沉积成岩压实作用过程中，铀元素在 MountEclipse 组 C 单元渗透性好的还原性灰色长石砂岩及黏土碎屑边缘形成铀的预富集及局部铀矿化，矿体形态为似层状。铀矿化受 Mount Eclipse 组 C 单元“泥-砂-泥”结构的地层控制，形成时间推测为石炭纪沉积成岩期。2）成岩期后的主成矿期。Alice Springs 造山运动晚期，区内表现为进一步的构造挤压作用，盆地中断裂发育，一方面导致地下的还原性流体沿断裂上升进入石炭系 C 单元，提高了 C 单元的还原容量43-45；另一方面受断层的逆冲推覆活动使得 Mount Eclipse组砂岩抬升，并出露地表，其中的 C 单元砂体接受到来自蚀源区含铀含氧水的渗入，并在 C 单元层砂泥 表 2 Bigrlyi 铀矿床主要矿体特征Table 2 Main orebody features of the Bigrlyi Uranium Deposit矿体编号长度/m宽度/m延伸/m倾向倾角单矿体厚度/m平均品位/（%U3O8）A2/A32 790340300向南近 901.273.730.09A42 250350390倾向南东近 901.002.000.13A7810250285倾向南东近 901.002.000.09A151 380200375倾向南西 75801.505.000.16注：铀矿床的边界品位均为 0.05%U3O8。（a）（b）（c）（d）（e）（f）5 cm5 cm5 cm5 cm5 cm5 cm（a）、（b）-矿化砂岩,含量不等的深灰、灰黑色斑块,为富钒的黏土矿物、铀矿物及铁的硫化物等；（c）、（d）-氧化砂岩,由于存在大量铁氧化物（赤铁矿、针铁矿）,多为深红色、红棕色及橙棕色,岩石中普遍见有灰色斑块；（e）、（f）-原生砂岩,多呈灰色、灰绿色,含碳质、铁的硫化物及绿泥石等图 5Bigrlyi 矿床 Mount Eclipse 组含矿层砂岩特点Fig.5 Characteristics of sandstone containing ores in the Mount Eclipse Formation of the Bigrlyi Deposit第 8 期董文明，等：澳大利亚 Bigrlyi 铀矿床成矿特征与控矿因素研究 185 岩及其临近的 C 层、D 层接触面附近形成似卷状或“板状”富铀矿体，形成时间推测为石炭纪晚期。4结论1）Ngalia 盆地铀资源丰富，是澳大利亚重要的铀成矿区之一，铀成矿类型为砂岩型铀矿，目前已发现多个铀矿床和矿点，其中 Bigrlyi 铀矿是该区最大的铀矿床。2）Ngalia 盆地的主要含矿层位为位于盆地北缘的泥盆石炭系 Mount Eclipse 组砂岩，主要形成于河流、（扇）三角洲和湖泊沉积环境，其 C 单元的中粗粒长石砂岩富含有机质、黄铁矿等还原性物质，构成本区的主要含矿层位。3）Bigrlyi 铀矿床主要包括 A2/A3 矿体、A4 矿体、A7 矿体、A15 矿体等四个矿体，其中 A4 和 A15 矿体规模最大；铀矿物主要有铀石、沥青铀矿、钒钾铀矿等，脉石矿物为石英、钾长石及少量的黏土矿物。4）Bigrlyi 铀矿床的形成受铀源条件、含矿层岩相及岩性条件、构造改造条件等多种因素的影响，其中盆地北缘富铀地质体广泛分布，含矿灰色砂岩富含有机质、黄铁矿等还原性物质，沉积成岩期的构造隆升与主成矿期的构造反转挤压、断裂活动，从而形成了似卷状或“板状”富铀矿体。参考文献（References）：董文明,漆富成,李子颖,等.中国沉积型铀矿.见冯增昭主编:中 国 沉 积 学（第 二 版）M.北 京:石 油 工 业 出 版 社,2013:1572-1617.1 余达淦,吴仁贵,陈培荣.铀资源地质学教程M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007:1-450 2 IAEA.Geological classification of uranium deposits and descriptionof selected examplesR.2018.3 EMERY D,MEYERS R J,YOUNG R.Ancient subaerial exposureand freshwater leaching in sandstonesJ.Geology,1990（18）:1178-1181.4 IVANAC J F,SPARK R F.The discovery of uranium mineralisationin the Ngalia Basin,NTJ.Proceedings of the Australian Institute ofMining and Metallurgy,1976（257）:29-32.5 FILDER R W,POPE G J,IVANAC J F.Bigrlyi uranium depositJ.In Geology of the mineral deposits of Australia and Papua NewGuinea（Ed.By HUGHES F 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